TWI398418B - 控制一拉絲坩堝之溫度的方法與系統 - Google Patents

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    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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Description

控制一拉絲坩堝之溫度的方法與系統
本發明大體上關於拉絲坩堝且關於用以控制一拉絲坩堝之溫度的方法和系統，特定言之係關於用以控制一玻璃纖維拉絲坩堝之溫度的方法及系統。
玻璃纖維係藉由將多道熔融玻璃流以一給定速率拉過位於玻璃纖維產業稱為拉絲坩堝之一高溫容器中的孔口或噴嘴而製成。裝有熔融玻璃的拉絲坩堝被電加熱且被維持在給定溫度以在該等孔口或噴嘴處提供處於一期望黏度的熔融玻璃。從該等孔口或噴嘴拉出的纖維於凝固後被聚集成一或多個纖維束(strands)並纏繞成一或多個包裝。
具有800至4,000或更多孔口或噴嘴的拉絲坩堝在業界是常見的，然具有較少孔口或噴嘴的拉絲坩堝亦被使用。實務上亦經常從一拉絲坩堝製造一以上的纖維束。舉例來說，有時會從單一個拉絲坩堝製造二纖維束、四纖維束、或其他數量的纖維束。此一排列一般稱為分裂式拉絲坩堝(split－bushing)。傳統上來說，此係藉由將拉絲坩堝劃分成多個區段由每一區段提供一纖維束的方式達成。依此方式分開拉絲坩堝以製造一以上之纖維束會要求拉絲坩堝區段溫度之精確控制，使得所製成並纏繞成包裝的纖維束具有相同單位重量碼長(yardage)、亦即每磅玻璃相同碼長，或者就另一方式來看，以一給定時間期收集到每包裝相同重量的玻璃纖維束。
用以調整拉絲坩堝熱曲線及控制個別纖維束之形成、特別是單絲直徑之變異係數之技術的發展已從移動會提供大量但有些不精確之拉絲坩堝調整的手動葉片式冷卻器進步到三和四端控制器，此等控制器藉由使一受控電流圍繞著拉絲坩堝之區段分流的方式調整拉絲坩堝每一區段中之電流藉以產生可變加熱。頃亦已開發出藉由分流電流主動地監測控制每一拉絲坩堝之溫度的拉絲坩堝平衡控制器。拉絲坩堝平衡控制器的實例見於美國專利第5,051,121號及5,071,459號，該等專利之內容以引用的方式併入本文中。在利用端子使電流圍繞著拉絲坩堝之區段分流當中，這些端子傳統上係被定位在拉絲坩堝之單一側上。
本發明大體上關於用以控制一拉絲坩堝之溫度的方法及系統。本發明之方法及系統之一些實施例可有效改善用以製造纖維類譬如玻璃纖維的製程。
本發明之一些實施例關於控制具有多個區段之一拉絲坩堝之溫度的方法。在一實施例中，一種控制具有多個區段之一拉絲坩堝之溫度的方法包括從一含有至少二區段的拉絲坩堝形成複數個單絲，將該等單絲聚集成至少二經紗(ends)，測量該等至少二經紗每一者的大小，比較該等至少二經紗之實測大小與一期望經紗大小，因應該等經紗大小比較而調整通過該等拉絲坩堝區段之至少一者之電流的量。可在本發明各實施例中比較的大小得包含包裝之重量、包裝之直徑、經紗之直徑、及/或其他大小參數。更多實施例及其他方法見於下文[實施方式]中。
本發明之一些實施例關於控制具有多個區段之拉絲坩堝之溫度的系統。在一實施例中，一控制具有多個區段之拉絲坩堝之溫度的系統包括一玻璃纖維成形拉絲坩堝，該拉絲坩堝包括一含有適於讓玻璃通過藉以形成單絲之孔口的噴口板，二個相對側壁從該噴口板之外周往上延伸，且二個相對端壁從該噴口板之外周往上延伸並連接於該等二側壁藉以形成一用於熔融玻璃的貯器；一耦接於第一端壁上一端子且耦接於第二端壁上一端子的電流源；用以調節通過每一拉絲坩堝區段之電流的構件，該調節構件耦接於該第一端壁上一端子；用以測量從該拉絲坩堝形成之玻璃纖維之大小的構件；及一與該測量構件及該調節構件聯絡的控制器。在一些實施例中，該調節構件包括一可調整電流通行裝置。更多實施例及其他系統見於下文[實施方式]中。
本發明之一些實施例中關於玻璃纖維成形拉絲坩堝。在一實施例中，一玻璃纖維成形拉絲坩堝包括一含有適於讓玻璃通過藉以形成單絲之孔口的噴口板，二個相對側壁從該噴口板之外周往上延伸，二個相對端壁從該噴口板之外周往上延伸並連接於該等二側壁藉以形成一用於熔融玻璃的貯器，一端子耦接於一第一側壁，一端子耦接於一第二側壁，一端子耦接於一第一端壁，且一端子耦接於一第二端壁。更多實施例及其他系統見於下文[實施方式]中。
以下在[實施方式]中更詳細地說明本發明之上述及其他實施例。
在本說明書中，除非另有明示，否則說明書中提及的所有數量應被解釋成在所有情況中都有"大約"一辭修飾。據此，除非有反義表示，否則在以下說明中提到的數值參數均為近似值，其可視希冀由本發明獲得之期望特性而變動。最後且不希望以其限制等效內容對於請求項之範圍的適用性，每一數值參數應當至少依照報告明確數字的數值運用一般近似值取捨技術解釋。
儘管提出本發明之廣義範圍的數值範圍及參數是近似值，但在特定實例中提出之數值係盡可能精確地報告。然而，任何數值原本就具有必定由其相應測試測量當中發生之標準差造成的某些誤差。此外，說明書中揭示之所有範圍應解釋為涵蓋其中所含任何及所有子範圍。舉例來說，一所述"1至10"的範圍應被視為包含最小值1與最大值10間(含1和10)之任何及所有子範圍；亦即以最小值1或更大(例如1到6.1)為始且以最大值10或較小(例如5.5到10)作結的所有子範圍。此外，文中提到"併入本文中"的任何參考文獻應被理解為是將其完整內容併入本文中。
在此更進一步註明，本說明書中之單數形"一"的使用除非是明確侷限於一個指示對象否則會包含多數個指示對象。
用在連續纖維之製程中之一拉絲坩堝之噴口板處的熔融可纖維化材料的溫度及流速變異可能對製得纖維之品質及製程之效率兩方面有害。本發明之一些實施例可改善該熔融可纖維化材料在一拉絲坩堝之噴口板處的溫度及流速的一致性。本發明之一些實施例咸信有助於改善製得纖維之直徑的一致性，且/或減少纖維在拉細程序期間斷裂，且/或改善製程效率。
如下文所將詳述，在一些實施例中，一拉絲坩堝之噴口板處之溫度及流速一致性的改善可為藉由在該拉絲坩堝之一(或多)區段增添且/或分流電流而達成。
如下文所說明，拉絲坩堝通常由傳導性材料建構。電流被輸送通過一拉絲坩堝以便加熱該拉絲坩堝並維持熔融可纖維化材料通過該拉絲坩堝的流量。在生產中，一拉絲坩堝可能具有一特定處之溫度高於或低於他處之溫度、或是高於或低於全拉絲坩堝一平均溫度的"熱"點或"冷"點。此等溫度偏差可能因眾多理由而發生。舉例來說，拉絲坩堝可能在靠近其周圍之處較其中心處低溫。
在過去，電流已被從拉絲坩堝分流以便控制拉絲坩堝之溫度。在本說明書中，"分流(shunt)"一辭在被用於有關電流之分流時係指從拉絲坩堝轉出提供給該拉絲坩堝之總電流之至少一部分。電流可為透過一分流電路分流。在一些實施例中，電流可在另一處被送回該拉絲坩堝。分流電流導致已有電流被轉出之拉絲坩堝區段之溫度降低。
儘管在本說明書中使用"區段"一辭，然熟習此技藝者應理解到一拉絲坩堝並非必定被實體劃分成多區段。除非文中另有說明，否則"區段"一辭係指拉絲坩堝之經此聚集複數個單絲藉以形成一經紗的各個區域，每一區段與一經紗相關。文中"經紗(end)"一辭意指聚集在一起的大量纖維。
在一實施例中，一種控制具有多個區段之一拉絲坩堝之溫度的方法包括從一含有至少二區段的拉絲坩堝形成複數個單絲，將該等單絲聚集成至少二經紗，測量該等至少二經紗每一者的大小，比較該等至少二經紗之實測大小與一期望經紗大小，且因應該等經紗大小比較而調整通過該等拉絲坩堝區段之至少一者之電流的量。在一些實施例中，每一經紗可為由一獨立拉絲坩堝區段形成。在一些實施例中，該拉絲坩堝可包括二或更多端子，該等端子之至少二者耦接於該拉絲坩堝之相對側壁。本發明之方法之一些實施例可更進一步包括將經紗纏繞成一或多個包裝。在一些實施例中，每一經紗可被纏繞成一獨立包裝。
可在本發明各實施例中比較之大小可包括成形包裝的重量、成形包裝的直徑、經紗的直徑、及/或其他大小參數。在一些實施例中可測量單一大小參數，而在其他實施例中可測量二或更多大小參數。舉例來說，在有二或更多大小參數被測量的一些實施例中，可為測量成形包裝的重量及直徑。
在每一經紗被纏繞成一獨立包裝的一些實施例中，測量該等至少二經紗每一者之大小包括量秤每一包裝的重量。在此等實施例之其中一些當中，比較該等至少二經紗之實測大小與一期望經紗大小包括比較每一包裝之重量與一期望包裝重量。
當從一拉絲坩堝區段形成之包裝的重量小於期望包裝重量時，調整通過一拉絲坩堝區段之電流的量包括在一些實施例中加大通過該拉絲坩堝區段之電流的量。加大通過該拉絲坩堝區段之電流的量可包括在一些實施例中將電流加到一緊鄰該拉絲坩堝區段的端子。
在其他實施例中，當從一拉絲坩堝區段形成之包裝的重量小於期望包裝重量時，調整通過一拉絲坩堝區段之電流的量包括使少量電流圍繞該拉絲坩堝區段分流。在一些實施例中，使少量電流圍繞該拉絲坩堝區段分流可包括減少在一緊鄰該拉絲坩堝區段之端子從該拉絲坩堝移除的電流。
在一些實施例中，當從拉絲坩堝區段形成之包裝的重量大於期望包裝重量時，調整通過一拉絲坩堝區段之電流的量可包括使電流圍繞該拉絲坩堝區段分流。
儘管一些實施例包括測量每一包裝之重量，然每一包裝之直徑可在一些實施例中被測量。在此等實施例中，測量該等至少二經紗每一者之大小包括測量每一包裝之直徑。在包裝直徑被測量的實施例中，比較該等至少二經紗之實測大小可包括比較每一包裝之直徑與一期望包裝直徑。當從該拉絲坩堝形成之包裝的直徑小於期望包裝直徑時，在一些實施例中，調整通過一拉絲坩堝區段之電流的量可包括加大通過該拉絲坩堝區段之電流的量。在其他實施例中，加大通過一拉絲坩堝區段之電流的量可包括將電流注入一緊鄰該拉絲坩堝區段之端子。
當從一拉絲坩堝區段形成之包裝的直徑小於期望包裝直徑時，在一些實施例中，調整通過該拉絲坩堝區段之電流的量包括使少量電流圍繞該拉絲坩堝區段分流。在一些實施例中，使少量電流圍繞該拉絲坩堝區段分流包括減少在一緊鄰該拉絲坩堝區段之端子從該拉絲坩堝移除的電流。
當從一拉絲坩堝區段形成之包裝的直徑大於期望包裝直徑時，在一些實施例中，調整通過該拉絲坩堝區段之電流的量可包括使電流圍繞該拉絲坩堝區段分流。在一些實施例中，使電流圍繞該拉絲坩堝區段分流可包括在一緊鄰該拉絲坩堝區段之端子從該拉絲坩堝移除電流。
在一些實施例中，不管經紗是否纏繞成包裝，測量該等至少二經紗每一者之大小可包括測量每一經紗之直徑。在每一經紗之直徑被測量的一些實施例中，比較該等至少二經紗之實測大小包括比較每一經紗之直徑與一期望經紗直徑。
當從一拉絲坩堝區段形成之經紗的直徑小於一期望經紗直徑時，調整通過該拉絲坩堝區段之電流的量可包括加大通過該拉絲坩堝區段之電流的量。在一些實施例中，加大通過該拉絲坩堝區段之電流的量可包括將電流注入一緊鄰該拉絲坩堝區段之端子。當從一拉絲坩堝區段形成之經紗的直徑小於一期望經紗直徑時，在其他實施例中，調整通過該拉絲坩堝區段之電流的量包括使少量電流圍繞該拉絲坩堝區段分流。在一些實施例中，使少量電流圍繞該拉絲坩堝區段分流可包括減少在一緊鄰該拉絲坩堝區段之端子從該拉絲坩堝移除的電流。
當從一拉絲坩堝區段形成之一經紗的直徑大於一期望經紗直徑時，在一些實施例中，調整通過該拉絲坩堝區段之電流的量可包括使電流圍繞該拉絲坩堝區段分流。在一些實施例中，使電流圍繞該拉絲坩堝區段分流可包括在一緊鄰該拉絲坩堝區段之端子從該拉絲坩堝移除電流。
本發明之一些實施例關於控制具有多個區段之拉絲坩堝之溫度的系統。在一實施例中，一控制具有多個區段之一拉絲坩堝之溫度的系統包括一玻璃纖維成形拉絲坩堝；一耦接於該拉絲坩堝一第一端壁上一端子且耦接於該拉絲坩堝一第二端壁上一端子的電流源；用以調節通過每一拉絲坩堝區段之電流的構件，該調節構件耦接於該拉絲坩堝一第一側壁上一端子；用以測量從該拉絲坩堝形成之玻璃纖維之大小的構件；及一與該測量構件及該調節構件聯絡的控制器。在一些實施例中，該調節構件包括一可調整電流通行裝置。
在一些實施例中，該調節構件可為耦接於該第一端壁上該端子且耦接於該第二端壁上該端子。在一些實施例中，該調節構件亦可耦接於側壁之一或多者上的端子。舉例來說，在一些實施例中，該調節構件可為耦接於一第一側壁上一端子及一第二側壁上一端子。
在一些實施例中，該測量構件可包括用以量秤從該拉絲坩堝形成之玻璃纖維之重量的構件。在一些實施例中，該測量構件可包括用以測量從該拉絲坩堝形成之至少一玻璃纖維經紗之直徑的構件。在從拉絲坩堝形成之玻璃纖維包括至少二玻璃纖維包裝的一些實施例中，該測量構件可包括用以測量從一拉絲坩堝區段形成之每一包裝之直徑的構件。在從拉絲坩堝形成之玻璃纖維包括至少二玻璃纖維包裝的一些實施例中，該測量構件包括用以測量該等至少二玻璃纖維包裝之直徑的構件。
本發明之一些實施例關於玻璃纖維成形拉絲坩堝。在一實施例中，一玻璃纖維成形拉絲坩堝包括一含有適於讓玻璃通過藉以形成單絲之孔口的噴口板，二個從該噴口板之外周往上延伸的相對側壁，二個從該噴口板之外周往上延伸並連接於該等二側壁藉以形成用於熔融玻璃之一貯器的相對端壁，一耦接於一第一側壁的端子，一耦接於一第二側壁的端子，一耦接於一第一端壁的端子，及一耦接於一第二端壁的端子。在一些實施例中，可將附加端子耦接於該等側壁。舉例來說，在一些實施例中，一第二端子可耦接於該第一側壁且/或一第二端子可耦接於該第二側壁。在一些實施例中可將三或更多端子耦接於該等側壁之一或二者。
本發明以下將大體上針對本發明在玻璃纖維之生產、組裝及塗佈中的使用進行說明，然熟習此技藝者會理解到本發明之實施例可適用於從其他可藉由穿過一噴嘴拉細而拉製成纖維之可纖維化材料譬如無機物質形成纖維。參見Encyclopedia of Polymer Science and Technology ,Vol.6,506－507處。在本說明書中，"可纖維化(fiberizable)"一辭意指一材料能被形成為一大致連續單絲。
熟習此技藝者會理解到本發明可實施於多種玻璃纖維之生產、組裝及塗佈中。適合用在本發明中之玻璃纖維的非侷限性實例可包括從可纖維化玻璃組合物譬如"E玻璃"、"A玻璃"、"C玻璃"、"S玻璃"、"ECR玻璃"(抗蝕玻璃)、及以上之無氟且/或無硼衍生物製備者。待纖維化之玻璃的成份對於本發明來說不是很重要，且因此本發明之實施例可實施於任意多種可纖維化玻璃組合物之製程中。
玻璃纖維如下文所將詳細說明可由熔融玻璃形成。舉例來說，玻璃纖維可為在一直接熔融纖維成形作業或在一間接(或玻璃球熔體)纖維成形作業中形成。在一直接熔融纖維成形作業中，原料於一玻璃熔爐內結合、熔化並均質化。熔融玻璃從熔爐移到一前爐並移入纖維成形設備譬如拉絲坩堝內，熔融玻璃在此被拉細成連續玻璃纖維。在一玻璃球熔體玻璃成形作業中，預先形成具有最終期望玻璃組合物之玻璃塊或玻璃球並送入一拉絲坩堝內，玻璃在此被熔化並拉細成連續玻璃纖維。若使用一預熔器，則首先將玻璃球送入該預熔器內熔化，然後將熔融玻璃送入一纖維成形設備譬如一拉絲坩堝內，玻璃在此被拉細以形成連續纖維。有關玻璃組合物及形成玻璃纖維之方法的更多資訊參見K.Loewenstein所著The Manufacturing Technology of Continuous Glass Fibres (1993第三版)之頁30－44、47－103及115－165處，這些部分的內容特別以引用的方式併入本文中。
在一典型直接熔融纖維成形作業中，一玻璃熔爐和前爐將一熔融可纖維化材料流輸送到一配有附接於前爐底部之一金屬拉絲坩堝的出口。本發明之實施例係針對用以控制拉絲坩堝之溫度的方法及系統。熔爐及前爐構造在業界廣為人知，且其細節的說明並非理解本發明之實施例所必須。有關前爐構造的更多資訊舉例來說參見K.Loewenstein所著The Manufacturing Technology of Continuous Glass Fibres (1993第三版)之頁85－101。
熔融玻璃從拉絲坩堝底部流過一噴口板中大量孔口或"噴口"，且可在此被一絡紗機拉細以形成期望大小的玻璃單絲。然後可使此等單絲與一塗佈機接觸以施加一漿料組合物，由一導件聚集以形成一條或纖維束，並纏繞於一絡紗機之一筒夾。適合之漿料組合物及絡紗機的實例見於上文所述Loewenstein著作之頁186－194及237－287。由於漿料組合物通常是在玻璃單絲形成後施加，故本發明之實施例大體上可實施在任意多種漿料組合物(或無漿料組合物)施加於玻璃單絲的製程中，且本發明並不希望侷限於任何特定漿料組合物。相似地，本發明並不希望侷限於使用任何特定絡紗機的製程。如熟習此技藝者所知，絡紗機並非在用以形成玻璃纖維產品之所有程序中都必須使用，因為玻璃纖維可被直接提供到其他處理設備。
圖1例示一典型玻璃纖維成形設備之一非限制性實例。熟習此技藝者會理解到本發明之實施例大體上可實施在藉由使一熔融材料通過一拉絲坩堝之複數個孔口或噴嘴而使該熔融材料形成纖維的大多數纖維成形作業中。在所示實例中，纖維成形設備10包括一裝有一份熔融可纖維化材料或玻璃16之玻璃熔爐或前爐14，有一金屬拉絲坩堝18附接於前爐14之底部。
電導線19連接到一電能源20且在導體22處連接到導體22以加熱拉絲坩堝18及其內容納的熔融玻璃16。熔融玻璃16從拉絲坩堝18底部被一絡紗機28拉通過一噴口板26中之複數個噴嘴或孔口24以形成玻璃纖維12。一般而言，玻璃纖維12與一塗佈機30接觸以對其施加一漿料組合物且被一導件32聚集。在圖式所示實施例中，使用一絡紗機，且聚集的玻璃纖維纏繞一絡紗機28之一可旋轉筒夾34以形成一成形包裝36。
今參照圖2和3，拉絲坩堝18包括一大致平坦噴口板26。噴口板26之長度48和寬度50可有變化。在一些實施例中，噴口板26之長度48大致可在約25公分(cm)至約127公分(cm)(約10英吋至約50英吋)的範圍內，且寬度50大致可在約6 cm至約25 cm(約2.5英吋至約10英吋)的範圍內。在一些實施例中，噴口板可有一大致約1公釐(mm)至約3公釐(mm)(約0.04英吋至約0.12英吋)的厚度，一般為約1 mm至約2.5 mm(約0.04英吋至約0.1英吋)。熟習此技藝者會理解到噴口板26之尺寸可隨需求而有變化。本發明之一些實施例可實施在噴口板尺寸大致已被決定之既有製程中，且本發明並不希望侷限於具有特定尺寸之噴口板。
如圖2所示，噴口板26有一包含複數個孔口24的孔口區38，熔融玻璃16被以一高速率拉通過該等孔口呈個別纖維12或單絲之形式。最好在熔融玻璃16拉通過此等孔口時將此等孔口維持在一大致一致溫度以便協助產生具有一大致一致直徑的纖維12。如本說明書所詳細說明，本發明之一些實施例係關於用以控制拉絲坩堝之溫度的方法及系統，其可協助產生具有一大致一致直徑的纖維。
在圖式所示非限制性實施例中，孔口區38包括一被一周圍區42圍繞的中央區40。中央區40在一些實施例中大體上包括孔口區38總表面積之約25%至約85%，且在其他實施例中包括孔口區38總表面積之約50%至約65%。中央區40之長度和寬度可視噴口板26之尺寸而異。周圍區42包含孔口區38鄰近於拉絲坩堝18之側壁44和端壁46的部分。在習知拉絲坩堝中，鄰近於此周圍區42之熔融玻璃傾向冷於鄰近於中央區40之熔融玻璃，導致纖維斷裂及不一致單絲直徑。
今參照圖2和3，拉絲坩堝18包括至少一從噴口板26一外周27大致往上延伸的側壁藉以形成一用以容納熔融玻璃16之供應源或貯器37。在圖式所示實施例及典型拉絲坩堝實施例中，拉絲坩堝18包括從外周27往上延伸之一相對側壁44對及一相對端壁46對。側壁44和端壁46視需要可為大致平坦或彎曲。在圖2所示非限制性實施例中，側壁44和端壁46每一者可包含一緊鄰噴口板26之大致平坦下部部分54、56及一上部部分58、60。側壁44之上部部分58、60可為相對於對應下部部分54、56以一角62傾斜。在一些非限制性實施例中，角62可在約45°至約90°的範圍內。端壁46之上部部分58、60之轉角部分59亦可為相對於端壁46之對應下部部分56以一角64傾斜。在一些非限制性實施例中，角64可在約0°至約45°的範圍內。本發明之一些實施例可實施在尺寸和角度大致已被決定之既有製程中，且本發明並不希望侷限於特定尺寸和角度。
貯器37之形狀可為大致圓柱形、一方形箱、或在一些非限制性實施例中為一由相對側壁44及相對端壁46形成的矩形箱，或者可為其他形狀。
拉絲坩堝18之組件譬如側壁44、端壁46及噴口板26可為由一金屬材料或其合金藉由熟習此技藝者所熟知之習知金屬加工和處理技術形成。該金屬材料可具有熟習此技藝者所知之多種特性，其中非侷限性包括抗拒玻璃之腐蝕作用，不會劣化致使污染玻璃，抗拒氧化作用，擁有穩定電阻及對於潛變(負載下的變形，其為應力之一函數)之阻力，及以上之組合。舉例來說參見上文所述Loewenstein著作之頁122－126，其內容以引用的方式併入本文中。
適合用以形成拉絲坩堝18之組件之金屬材料的非侷限性實例包含鉑、銠及其合金。在一些實施例中，該金屬材料可為約10%至約20%銠－鉑合金，且在一些實施例中為約10%銠－鉑合金。此等金屬材料視需要可經瀰散強化或粒度穩定化以減少潛變。若想要有關合適瀰散強化或粒度穩定化金屬材料的更多資訊，參見上文所述Loewenstein著作之頁124。瀰散強化金屬板之非限制性實例在市面上有Johnson,Matthey & Co.Ltd.of Malvern,Pa出品的ZGS產品。
拉絲坩堝可利用熟習此技藝者所知之技術形成。舉例來說，圖中所示拉絲坩堝18可為藉由以熔接方式使相對側壁44對及相對端壁46對接合於噴口板26而形成拉絲坩堝18。一合適熔接技術之一實例是鎢鈍氣熔接技術，其為熟習此技藝者所熟知。一合適拉絲坩堝之一非限制性實例見於美國專利第5,147,431號，該專利之內容以引用的方式併入本文中。有關纖維成形設備及拉絲坩堝之更多資訊，亦參見美國專利第5,857,253號、5,879,427號、5,935,291號、及6,044,666號，該等專利之內容以引用的方式併入本文中。上文所述Loewenstein著作亦在頁119－165廣泛討論拉絲坩堝。
拉絲坩堝可被可移除地固定於一前爐之底側以供用於一利用熟習此技藝者所知技術之纖維成形作業中。有關將一拉絲坩堝固定於一前爐之更多資訊可參見美國專利第5,879,427號、5,935,291號和6,044,666號以及上文所述Loewenstein著作之頁137－141。
在玻璃纖維形成期間，拉絲坩堝被加熱以維持通過拉絲坩堝之熔融可纖維化材料的流量。拉絲坩堝通常藉由使電流通過拉絲坩堝而被加熱。舉例來說且如上文就圖1所示，電導線19可被連接到一電能源20且在導體22連接到拉絲坩堝18以加熱拉絲坩堝18及其內所裝熔融玻璃16。
一拉絲坩堝可具有"熱"點或"冷"點，其中一特定處之溫度高於或低於他處之溫度、或是高於或低於全拉絲坩堝一平均溫度。此等溫度偏差可能因眾多理由而發生。舉例來說，拉絲坩堝可能在靠近其周圍之處冷於其中心處。
在過去，電流已被從拉絲坩堝分流以便降低拉絲坩堝之溫度。在本說明書中，"分流(shunt)"一辭在被用於有關電流之分流時係指從拉絲坩堝轉出通過該拉絲坩堝之總電流之至少一部分。電流可為透過一分流電路分流。在一些案例中，電流係在另一區段被送回該拉絲坩堝，且在其他案例中，電流不會被送回該拉絲坩堝。分流電流導致已有電流被轉出之拉絲坩堝區段之溫度降低。
頃亦已開發出藉由分流電流主動地監測控制每一拉絲坩堝之溫度的拉絲坩堝平衡控制器。拉絲坩堝平衡控制器的實例見於美國專利第5,051,121號及5,071,459號，該等專利之內容以引用的方式併入本文中。
本發明之一些實施例關於可具有改良的溫度分佈一致性之玻璃纖維成形拉絲坩堝。在一些實施例中，此等玻璃纖維成形拉絲坩堝適於促成電流添加及/或電流分流之使用藉以控制拉絲坩堝之溫度。
圖4是一依據本發明一實施例之一玻璃纖維成形拉絲坩堝100之一實例的示意仰視圖。拉絲坩堝100在一噴口板110之周圍包括相對端壁102、104及相對側壁106、108。該噴口板可包含複數個孔口(圖4未示)，熔融玻璃可被拉通過該等孔口呈個別纖維或單絲之形式。相對側壁106、108及相對端壁102、104經連接以形成一貯器。當拉絲坩堝100被安裝在一前爐或其他熔融玻璃源底下時，圖4所示噴口板110之部分面向下且端壁102、104及側壁106、108往上延伸以形成一用於熔融玻璃之貯器。
拉絲坩堝100更包括耦接於拉絲坩堝100之各壁的複數個端子。該等端子為電連接器，其在與電線耦接時可允許電流加到拉絲坩堝100及/或從拉絲坩堝100移除。在圖4所示非限制性實施例中，一端子112耦接於第一端壁102，一端子114耦接於第二端壁104，一端子116耦接於第一側壁106，且二端子118、120耦接於第二側壁108。該等端子每一者經例示為有一電線之一部分自其伸出。此等電線可被連接到允許電流加到拉絲坩堝100及/或從拉絲坩堝100移除的各種裝置。
為解釋其他實施例，拉絲坩堝上有一端子耦接的每一大致位置可被稱為一端子點(terminal site)。在一些實施例中，一或多個端子可被耦接到一端子點。舉例來說，在一些實施例中，二端子可在一端子點被耦接到拉絲坩堝。在具有耦接於一端子點之二端子的一些實施例中，一第一端子可被耦接到一電線以允許電流加到拉絲坩堝，且一第二端子可被耦接到一電線以允許電流從拉絲坩堝移除。在一些實施例中，單一端子可被耦接到一允許電流加到拉絲坩堝之電線及一允許電流從拉絲坩堝移除之電線二者。
在一些實施例中，一拉絲坩堝可在一第一側壁上包括一或多個端子點且在一第二側壁上包括一或多個端子點。在一些實施例中，每一端子點可包括耦接於拉絲坩堝的至少二端子。在有至少二端子在一端子點耦接於拉絲坩堝的一些實施例中，一第一端子可為與一電線耦接以允許電流加到拉絲坩堝，且一第二端子可為與一電線耦接以允許電流從拉絲坩堝移除。在此等實施例中，電流可在每一端子點加到拉絲坩堝及/或從拉絲坩堝移除。在其他實施例中，每一端子點可包括一耦接於拉絲坩堝的端子。在此等實施例中，該端子可為與一電線耦接以允許電流從拉絲坩堝移除、可為與一電線耦接以允許電流加到拉絲坩堝、或可為與一第一電線耦接以允許電流從拉絲坩堝移除且與一第二電線耦接以允許電流加到拉絲坩堝。
依據本發明之拉絲坩堝之一些實施例在側壁(二尺寸較大者)每一者上之一或多個端子點的存在可在拉絲坩堝上提供改良的溫度一致性。舉例來說，當電流在一端子從拉絲坩堝分流時，拉絲坩堝緊鄰該端子的區域傾向於冷於拉絲坩堝其他部分。藉由在側壁每一者上定位端子點，此等冷卻效應會更平均地散佈於拉絲坩堝，此可得到改良的溫度控制。
儘管圖4和圖5所示拉絲坩堝之實施例(下文說明)是四區段拉絲坩堝，在一第一側壁上有一個端子點且在一第二側壁上有二個端子點，本發明之其他實施例可在側壁每一者上包括不同數量的端子點。舉例來說，在另一實施例中，一第一側壁可包括三個端子點且一第二側壁可包括二個端子點。作為另一實例，拉絲坩堝可在每一側壁上包括五個端子點。多種因子可能對於拉絲坩堝每一側壁上之端子點數量的選擇很重要，此等因子非侷限性包含熱分佈、拉絲坩堝之大小、拉絲坩堝幾何形狀、噴口型樣、溫度分佈控制、每一端子之位置、端子數量之經濟成本、導體之大小衡量、著眼於整個玻璃纖維成形系統之導線配置等。
在圖4和圖5所示拉絲坩堝實施例中，端子點大致沿拉絲坩堝側壁等距間隔(每一端子點被定位在側壁之長度之1/4、1/2及3/4處)以與拉絲坩堝區段之邊界重疊。在其他實施例中，端子點不是等距間隔。在一些實施例中，端子點可為在一第一側壁上等距間隔，但在一第二側壁上並非如此。
在拉絲坩堝之一些實施例中，端子可有一使傳導率最大化同時也使電流流遍拉絲坩堝之效應最小化的直徑。適切直徑的端子可有助於使因為從拉絲坩堝之加熱抽離太多電流導致發生一散熱器作用的潛在效應最小化。在一些實施例中，端子直徑可為介於0.090英吋與約0.520英吋之間。在一些實施例中，端子大小約為0.180英吋。
在一些實施例中，拉絲坩堝亦可在一第一端壁上包括一或多個端子點且在一第二端壁上包括一或多個端子點，每一端子點包括耦接於拉絲坩堝之至少二端子。在有至少二端子在一端子點耦接於拉絲坩堝的一些實施例中，一第一端子可為與一電線耦接以允許電流加到拉絲坩堝，且一第二端子可為與一電線耦接以允許電流從拉絲坩堝移除。在此等實施例中，電流可在每一端子點加到拉絲坩堝及/或從拉絲坩堝移除。在一些實施例中，可能只有一個端子存在於一端壁上。舉例來說，一第二端壁104(假設電流大致從第一端壁102流到第二端壁104)在一些非限制性實施例中可能僅包含一個端子，此端子與一電線耦接以允許電流從拉絲坩堝移除。在一些實施例中，可在一端壁上提供單一個端子，此端子耦接於二電線，其中一電線允許電流添加且另一電線允許電流移除。
有關於一第一端壁102上之一端子點(假設電流大致從第一端壁102流到第二端壁104)，在一些實施例中可能存在著耦接於拉絲坩堝以將電流加到拉絲坩堝的單一端子。在一些實施例中，一第二端子可被提供在該端子點以減少加到拉絲坩堝之電流的量。舉例來說，若電流源提供150安培的電流，但僅需要100安培以加熱拉絲坩堝，則可利用耦接於該第二端子之電線從該拉絲坩堝轉走五十安培。排除以一第二端子在端子點耦接於拉絲坩堝的方式，亦可為利用其他技術使經由該第一端子提供給拉絲坩堝之電流減少。
圖5是一例示依據本發明一實施例用以控制具有多個區段之玻璃纖維成形拉絲坩堝之溫度之一系統之實例的方塊圖。本發明之系統之實施例包括一電流源。該電流源亦有一電壓與其相關。在一些實施例中，供予拉絲坩堝之電流和電壓可能必須從一電源提供之電流和電壓調整。舉例來說，在一工業設施中，從主電源提供之電壓可能必須被減小。作為另一實例，必須將充分電流提供給拉絲坩堝以將拉絲坩堝加熱至使玻璃組合物纖維化所需要的溫度。來自主電源之電壓和電流可能被調整的方式對本發明來說並非關鍵，且熟習此技藝者可利用已知技術調整從一主電源接收之電流和電壓以提供適當電流和電壓給一拉絲坩堝。
在圖5所示實施例中，使用一電源組150和一變壓器160。此非限制性實施例中之電源組150調整來自主電源155之電壓。舉例來說，主電源155可能提供480 V三相交流電給電源組150且被轉變成0－125 A/0－480 V交流電。在一些實施例中，電源組150可能使用兩線或是被供應三相電力之單一相。在一主電源提供電力給多個拉絲坩堝的設施中，各電源組所選擇的線路在一些實施例中可有異以平衡該主電源之負載。適用於本發明一些實施例中之電源組之一非限制性實例是一Spang power Electronics Model #K－5349電源組。在替代實施例中，一主電源可能提供直流電。
在一些實施例中，包括使用一電源組之實施例及不使用電源組之實施例，來自一電源之電流和電壓可能必須在將電流和電壓提供給一拉絲坩堝之前被更進一步調整。舉例來說，在一些實施例中，電壓可能必須在將電壓和電流供予拉絲坩堝之前被降低(且使電流被加大)。在一些非限制性實施例中可利用變壓器以調整所提供電流和電壓。在圖5中，利用一變壓器160搭配一電源組150將來自主電源155之電流和電壓調整成使玻璃組合物纖維化的合適水準。舉例來說，若一電源組提供單相0－125 A/0－480 V交流電，則可能利用一變壓器將其轉變成0－6000 A/0－10 V交流電。此一變壓器可被稱為一降壓變壓器。作為另一實例，一變壓器可能在一些實施例中將0－125 A/0－480 V交流電轉變成2000 A/50 V交流電。
如上所述，諸如一電源組和一變壓器之設備可被用來調整從一主電源提供給一拉絲坩堝之電壓和電流的量。在一些實施例中，不需要此類設備，因為所提供的電壓和電流可能足夠。此外，應理解到本發明之實施例可為使用交流電、使用直流電、將交流電轉變成直流電及類似方式開發。供予一拉絲坩堝之總電流(不管是來自一主電源、一電源組、一變壓器、或來自其他)在一些實施例中可被調整以亦改變拉絲坩堝溫度。此等調整在一些實施例中可能是與橫跨整個拉絲坩堝之整體溫度變化有關而作出。
參照圖5，圖中示出饋入電源組150之輸入線162、165。來自電源組150之電導線167、170將電流送入變壓器160之初級線圈內。變壓器160之次級線圈跨接於電線172、175。拉絲坩堝180亦跨接於線172、175且並聯於變壓器160。
儘管本發明不侷限於圖5所示特定實施例，拉絲坩堝180被劃分成四個區段－A、B、C和D。如前所述，雖說文中使用"區段"一辭，熟習此技藝者應理解到拉絲坩堝不一定要被實體劃分成多個區段且"區段"一辭係指拉絲坩堝之經此聚集複數個單絲藉以形成一經紗的各個區域，每一區段與一經紗相關。文中"經紗"一辭意指聚集在一起的大量纖維。
在一些實施例中，一端子點可被定位在拉絲坩堝之一側壁上大致介於拉絲坩堝區段之間。如圖5非限制性實施例所例示，該實施例所例示之每一區段的邊界大體上由一始於一端子點且平行於端壁穿越拉絲坩堝的假想線界定。在圖5所示非限制性實例中，一玻璃纖維經紗可從拉絲坩堝區段A－D每一者形成。在有至少一經紗從一拉絲坩堝區段形成之一些實施例中，控制各區段之拉絲坩堝溫度的能力亦可對所製得玻璃纖維之大小有更好控制。因此，本發明之一些實施例關於用以控制具有多個區段之一玻璃纖維成形拉絲坩堝之溫度的方法及系統。本發明之方法及系統的一些實施例大體上可被實施在多樣拉絲坩堝上，其中非侷限性包含在每一側壁上具有端子點的本發明拉絲坩堝。
本發明之實施例可結合用以調節通過每一拉絲坩堝區段之電流的構件。此種調節構件之一實例是一可調整電流通行裝置。一可調整電流通行裝置調節通過拉絲坩堝及拉絲坩堝區段之電流的量。在本說明書中，"可調整電流通行裝置"一辭係指一種裝置，其能夠控制提供給拉絲坩堝及/或從拉絲坩堝移除之所有電流的量且能夠調整提供給拉絲坩堝區段及/或從拉絲坩堝區段去除之電流的量。適用於本發明一些實施例中之可調整電流通行裝置之一實例是由Wizardry Inc.在市面上販售之Rev.1 BBC型號的可調整電流通行裝置。其他可調整電流通行裝置得依一特定玻璃纖維製造廠之參數被選擇，此等參數非侷限性包含提供給生產場所之電力、拉絲坩堝之大小、端子點之數量、提供給拉絲坩堝之電流的量、拉絲坩堝之生產量、及其他因子。
在圖5所示實施例中，一可調整電流通行裝置185跨接於線172、175且經由線187、190並聯於變壓器160和拉絲坩堝180。該可調整電流通行裝置在此實施例中與來自電源組之電流同相。此外，每一獨立拉絲坩堝區段經由線192a、192b、195a、195b、197a、197b連接到可調整電流通行裝置185。這些線187、190、192a、192b、195a、195b、197a、197b可被用於利用可調整電流通行裝置185從拉絲坩堝180移除電流或是將電流加到拉絲坩堝180。每一線對(192a與192b；195a與195b；197a與197b)在圖5所示實施例中利用單一端子耦接於拉絲坩堝，但在其他實施例中，視電壓和電流而定，每一線可用其自有端子(亦即每一端子點處的二個端子)連接到拉絲坩堝。
可調整電流通行裝置185可控制從變壓器160通到拉絲坩堝180之電流的量及通過每一拉絲坩堝區段之電流的量。由於通過每一拉絲坩堝區段之電流的量影響拉絲坩堝區段溫度，可調整電流通行裝置185可用於藉由使電流從一區段分流且/或藉由將電流加到一區段而調整拉絲坩堝區段之溫度。在一些非限制性實施例中，可利用溫度感測器測量拉絲坩堝及拉絲坩堝區段之溫度。
在圖5所示實施例中，可調整電流通行裝置185藉由調整從變壓器160提供給拉絲坩堝180之電流量且藉由個別調整從拉絲坩堝區段分流之電流量而控制拉絲坩堝180之每一獨立區段之溫度。如前所述，其他非限制性實施例中之一可調整電流通行裝置可控制提供給拉絲坩堝之所有電流，與所用電流源無關(例如不管是來自一變壓器、一電池、或是熟習此技藝者所知之其他電流源)。
可調整電流通行裝置可與一控制器聯絡。該控制器在一些非限制性實施例中可包括一通訊可程式邏輯控制器或COMM PLC，但熟習此技藝者可認可以其他控制器控制依據本發明之實施例之拉絲坩堝中的電流流量。舉例來說，在其他實施例中，可調整電流通行裝置可與一可程式邏輯控制器(或稱PLC)或與一習知電腦系統聯絡。一範例COMM PLC可包括一處理來自測量裝置、拉絲坩堝平衡控制器及其他裝置之通訊的裝置。一COMM PLC可處理來自一個測量裝置及一個拉絲坩堝平衡控制器的輸入，或者可處理來自多個測量裝置及拉絲坩堝平衡控制器的輸入。在一實施例中，COMM PLC可用於一整個儲槽或工廠。COMM PLC可與一含有執行本發明各實施例之軟體或程式的電腦系統處於電子聯絡狀態。舉例來說，有關於拉絲坩堝內之電流之控制的指令可被以Visual Basic程式語言編寫且在電腦系統上以電腦系統收到的資料為基礎執行。系統中使用之特定硬體、韌體及/或軟體不一定要是一專用類型，其可為被設計用來執行本發明之方法或功能的任何此類習知可用項目。COMM PLC亦可被連接到一輸入/輸出裝置譬如一監視器和鍵盤、滑鼠、觸控式螢幕等。
儘管以上所述控制器在一些實施例中是一COMM PLC，在其他實施例中，控制器可為熟習此技藝者所知用以提供有關於電流控制之指令的其他裝置。另一此類裝置的實例是電腦系統。一電腦系統可包括一中央處理單元(CPU)與一資料貯存裝置譬如硬碟、光碟及用以貯存資料之類似物處於電子聯絡狀態。CPU亦可為與一貯存著CPU程式命令之唯讀記憶體(ROM)、一用以暫時貯存資料之隨機存取記憶體(RAM)、及一用以提供時間訊號給CPU之時鐘處於電子聯絡狀態。一輸入/輸出裝置可被連接到CPU且可為任何習知類型，譬如一監視器和鍵盤、滑鼠、觸控式螢幕、印表機、語音起動等。電腦系統可跑合適的依客戶要求設計或習知軟體以執行本發明之各實施例。舉例來說，有關於拉絲坩堝內之電流之控制的指令可被以Visual Basic程式語言編寫且在電腦系統上以電腦系統收到的資料為基礎執行。系統中使用之特定硬體、韌體及/或軟體不一定要是一專用類型，其可為被設計用來執行本發明之方法或功能的任何此類習知可用項目。此處所述電腦系統是適合用在本發明之實行之電腦系統的一個實例。此等電腦系統為熟習此技藝者所知且其實例舉例來說見於美國專利第5,794,207號；5,884,272號；5,797,127號；5,504,674號；5,862,223號；及5,432,904號，該等專利之內容以引用的方式併入本文中。
另一此類裝置之實例是一可程式邏輯控制器、或稱PLC。在一些實施例中，可利用一電腦系統及一可程式邏輯控制器二者以控制電流。電腦系統及可程式邏輯控制器可提供能在本發明一些實施例中有利地結合的不同優點。因此，在一些實施例中，一控制器可包括一電腦系統、一可程式邏輯控制器、或是一電腦系統及一可程式邏輯控制器二者。
控制器可向可調整電流通行裝置發送有關於要提供給各拉絲坩堝區段或從各拉絲坩堝區段分流之電流量的指令。在一些實施例中，控制器可從可調整電流通行裝置接收資料。舉例來說，控制器可接收有關於被提供給拉絲坩堝區段或從拉絲坩堝區段分流之電流量的資料。因此，控制器可為與可調整電流通行裝置聯絡。
在圖5所示實施例中，控制器被示為COMM PLC 215。在圖式所示實施例中，電線202、204連接COMM PLC 215與可調整電流通行裝置185。在圖式所示實施例中，顯示二電線202、204以表示資訊係從COMM PLC 215提供給可調整電流通行裝置185且從可調整電流通行裝置185提供給COMM PLC 215。圖5之COMM PLC 215在本範例實施例中被示為經由線212與一測量裝置210聯絡且經由線213與一電腦聯絡。
在此實施例中，PLC 205不構成控制器之一部分。在此實施例中，PLC 205與一特定成形位置相關，該成形位置舉例來說包括一拉絲坩堝、一絡紗機、及用以將熔融玻璃轉變成一玻璃纖維產品的其他裝置。PLC 205可將來自各種來源(譬如操作人員、控制器200、其他控制器等)之指令傳達給成形位置處之各種設備以便調整各種流程參數。舉例來說，就拉絲坩堝而言，PLC 205可傳達經由線172供予拉絲坩堝180之電流總量之一變化。在圖式實施例中，PLC 205經由線209與電源組150聯絡且可傳達來自電腦200之指令以加大或減小提供給拉絲坩堝180之電流的量。在一些實施例中，PLC 205可控制一主要設定值溫度。
圖5所示COMM PLC 215可為與其他成形位置及拉絲坩堝(圖中未示)聯絡。在一些實施例中，拉絲坩堝每一者可包括與圖5所示相同的組件，差別在於每一拉絲坩堝可能在一些實施例中共用一共同控制器。
在一些實施例中，舉例來說如果拉絲坩堝之整體溫度太低，則COMM PLC 215可經由電腦200利用PLC 205加大電源組150供應之電流總量(同樣的，若有需要，COMM PLC 215亦可減少電流總量)。儘管電線被示為連接COMM PLC 215與可調整電流通行裝置185、測量裝置210及圖5之電腦200，然在其他非限制性實施例中亦可採用其他通訊方式(譬如無線)。
用在本發明一些實施例中之控制器亦可為與其他組件聯絡。舉例來說在一些實施例中，一控制器因應該控制器從其他組件接收之資料而調整通過拉絲坩堝區段之電流的量。一控制器可能以拉絲坩堝之實測溫度為基礎調整通過拉絲坩堝區段之電流的量。
在一些實施例中，一控制器與用以測量從一拉絲坩堝形成之玻璃纖維之大小的構件聯絡。此測量構件舉例來說可包括用以量秤從拉絲坩堝形成之玻璃纖維之重量的構件、用以測量從拉絲坩堝形成之至少一玻璃纖維經紗之直徑的構件、用以量秤從拉絲坩堝形成之一玻璃纖維包裝之重量的構件、及/或用以測量從拉絲坩堝形成之至少一玻璃纖維包裝之直徑的構件。在一些實施例中，單一個與玻璃纖維大小有關的參數被測量。在其他實施例中，多個大小參數(譬如經紗直徑、包裝直徑、重量等)被測量。
對於用來形成二或更多玻璃纖維經紗的拉絲坩堝，在一些實施例中測量每一玻璃纖維經紗之大小。舉例來說，在拉絲坩堝包括多個拉絲坩堝區段且每一區段產製一經紗的一些實施例中，與每一經紗有關的大小資料被測量。雖說可能期望測量每一經紗之大小，然其他實施例可能測量經紗之總量之一子集的大小。測量來自每一拉絲坩堝區段之一經紗之大小的一個優點在於此資料可有助於分析每一拉絲坩堝區段及拉絲坩堝整體之特性。經紗之大小可為指經紗在纏繞、切斷或其他更進一步處理之前的大小，且在經紗被纏繞成一包裝之實施例中係可為指經紗被纏繞成一包裝後的包裝大小。
有關於從一拉絲坩堝製成之玻璃纖維之大小的參數可表示出拉絲坩堝溫度。舉例來說，相較於具有較低溫度之拉絲坩堝區段，具有高溫之拉絲坩堝區段通常被預期會產生較大直徑的經紗、較大直徑的包裝及較重的包裝。藉由測量這些大小參數之一或多者，必要時可利用本發明各實施例之控制器及其他組件用該大小資料調整通過拉絲坩堝區段之電流。舉例來說，若一來自一特定拉絲坩堝區段之玻璃纖維包裝的重量太重，則控制器可命令交流電通行裝置使電流從該拉絲坩堝區段分流。
各種大小參數可被測量藉以判斷是否要調整通過一拉絲坩堝或拉絲坩堝區段之電流的量。如前所述，此等參數舉例來說可包含一經紗之重量、一經紗之直徑、由一經紗繞成之一包裝的重量、由一經紗繞成之一包裝的直徑、及其他參數。大體上來說，較大經紗直徑、較大經紗重量、較大包裝直徑、及較大包裝重量可為代表一較高拉絲坩堝溫度。因此，如果想要減小經紗大小或包裝大小，則拉絲坩堝或拉絲坩堝區段之溫度可被降低。拉絲坩堝或拉絲坩堝區段之溫度在一些實施例中藉由使電流圍繞拉絲坩堝或拉絲坩堝區段分流的方式降低。在想要藉由提高拉絲坩堝或一拉絲坩堝區段之溫度使經紗大小或包裝大小加大的實施例中，溫度係藉由將電流加到或注入拉絲坩堝或一拉絲坩堝區段中而被提高。
在判斷是否要調整通過一拉絲坩堝或拉絲坩堝區段之電流量當中，本發明之一些實施例包括比較一經紗之實測大小與一期望經紗大小。一期望經紗大小可為以熟習此技藝者所知之技術為基礎針對任意多種玻璃纖維產品研發。此等期望經紗大小可能已經存在用於某些大小參數者。舉例來說，玻璃纖維之製造商可能已經就諸如經紗直徑、包裝直徑、包裝重量等參數建立期望參數。此等期望大小舉例來說可為以生產的玻璃纖維之特性(譬如單絲之直徑、單絲之數量、玻璃之種類、產品之TEX(每1000公尺之克重)或類似特性)為基礎。亦應理解到期望大小一辭亦可包括範圍。換句話說，一經紗之期望大小可能是一範圍。在一些實施例中，如果經紗之實測大小落入該範圍內，則可能不需要對拉絲坩堝或拉絲坩堝區段進行調整。在期望大小是一特定值的一些實施例中，經紗之實測大小可與該期望大小作比較藉以判斷是否可能需要對拉絲坩堝或拉絲坩堝區段溫度進行調整。如下文所將說明，可開發一用於控制器之演算法藉以判斷是否要調整提供給一拉絲坩堝區段之電流的量。
本發明之一些實施例結合一測量裝置以便判斷一經紗之大小。此等裝置之多個實例在下文提及，但應理解到有多樣用以測量此等大小參數之裝置可供熟習此技藝者選擇用於本發明之實施例中。
為促進本發明之某些實施例的自動化，在一些實施例中選擇使用能夠與一控制器聯絡的測量裝置。在一些實施例中，一測量裝置可以電子方式與控制器聯絡(譬如經由纜線直接連接、經由網際網路、經由無線網路或類似方式)。舉例來說，一測量裝置將其量測資料轉移給控制器的能力可促進自動化。此種資料轉移可使控制器具備即時資訊且可協助控制器判斷是否要調整提供給一拉絲坩堝或一拉絲坩堝區段之電流。一些測量裝置可能不是被製作成具備與一控制器聯絡之能力，但可利用熟習此技藝者已知之技術修改成適於與一控制器聯絡。在圖5所示實施例中，一測量裝置210與COMM PLC 215處於電子聯絡狀態。在此實施例中，測量裝置與控制器透過一纜線212或電線聯絡。
在一測量裝置不能以電子方式轉移資料給一控制器的實施例中，可利用操作人員提供量測資料給控制器。舉例來說，一測量人員可取得經紗之量測值並記錄之。然後可以熟習此技藝者所知之任意多樣方式將記錄量測值提供給控制器，此等方式非侷限性包含手動輸入到控制器內、將資料存入一電腦可讀取媒體且將資料載入到控制器上或類似方式。
多種測量裝置可供依待測經紗特性被選擇用於本發明之各實施例中。如前所述，一些實施例可包括測量多種特性，而一些實施例可為測量一種特性。在各實施例中，量測資料可被以電子方式直接自動傳達給控制器及/或被以手動方式輸入控制器內。在一些實施例中，測量作業可為定期發生，例如每四小時一次。
在一包裝之直徑被測量的實施例中，可利用一雷射感測器測量該直徑。此等裝置之非限制性實例為WayCon Positionsmesstechnik GmbH在市面上販售者。在此等實施例中，繞成包裝所花費的時間量相當重要，因為纏繞所得包裝之直徑會隨著纏繞時間較長而加大。直徑量測值搭配纏繞時間可與拉絲坩堝之溫度有關，因為在拉絲坩堝溫度較高的情況，於一特定時間期內繞成之包裝的直徑會較大(通過拉絲坩堝之玻璃生產量較大)。因此在一些實施例中，用以測量包裝直徑之構件可更進一步包括用以測量纏繞時間的構件。纏繞時間可為利用熟習此技藝者所知之技術測得。在纏繞時間被測量的一些實施例中，纏繞時間亦可被傳達給控制器且亦可被控制器用來判斷是否要調整通過拉絲坩堝或拉絲坩堝區段之電流。
在包裝重量被測量的實施例中，可利用一測壓元件(load cell)量秤包裝重量。可用在本發明一些實施例中之測壓元件之一非限制性實例為Revere Transducers之型號9363－B10－500－20TI。在一些實施例中，纏繞包裝所花費的時間相當重要，因為纏繞所得包裝之直徑會隨著纏繞時間較長而加大。重量量測值搭配纏繞時間可與拉絲坩堝之溫度有關，因為在拉絲坩堝溫度較高的情況，於一特定時間期內繞成之包裝的重量會較大(通過拉絲坩堝之玻璃生產量較大)。因此在一些實施例中，用以測量包裝重量之構件可更進一步包括用以測量纏繞時間的構件。纏繞時間可為利用熟習此技藝者所知之技術測得。在纏繞時間被測量的一些實施例中，纏繞時間亦可被傳達給控制器且亦可被控制器用來判斷是否要調整通過拉絲坩堝或拉絲坩堝區段之電流。
在經紗直徑或是一經紗內之單絲直徑被測量的實施例中，可利用一諸如非接觸光學式裝置之裝置來測量單絲之直徑。測量一經紗之直徑在經紗未被纏繞成一包裝的一些實施例中可能有益，然直徑在大多數實施例中通常會被測量，不管是否被纏繞成一包裝。此等裝置之非限制性實例為Keyence Corporation在市面上販售者。直徑量測值可與拉絲坩堝之溫度有關，因為在拉絲坩堝溫度較高的情況，經紗的直徑會較大(通過拉絲坩堝之玻璃生產量較大)。
在經紗重量被測量的實施例中，可視經紗何時被秤重而使用多種裝置。測量一經紗之重量在經紗未被纏繞成一包裝的一些實施例中可能有益，然經紗重量在經紗被纏繞成一包裝的實施例中亦可為在纏繞前被測量。在一些實施例中，可取得一經紗樣本並予秤重。在此等實施例中，亦可測量收集該樣本之時間量。舉例來說，一經紗樣本可為在30秒當中收集然後予以秤重。在一些實施例中，經紗樣本可為每小時或是以其他週期秤重。在涉及一經紗樣本之收集的一些實施例中，經紗可被切碎(譬如一碎切纖維束產品)且碎切纖維束可被秤重。舉例來說，可利用一天平來測量一經紗之重量。此等裝置之非限制性實例為A&D Company在市面上販售者。重量可被以電子方式自動地傳達給控制器及/或手動輸入給控制器。重量量測值可與拉絲坩堝之溫度有關，因為在拉絲坩堝溫度較高的情況，經紗的重量會較大(通過拉絲坩堝之玻璃生產量較大)。
在一些實施例中，收集一經紗樣本所花費的時間相當重要，因為經紗之重量會隨著樣本收集時間較長而加大。重量量測值搭配收集時間可與拉絲坩堝之溫度有關，因為在拉絲坩堝溫度較高的情況，於一特定時間期內收集之經紗樣本的重量會較大(通過拉絲坩堝之玻璃生產量較大)。因此在一些實施例中，用以測量經紗重量之構件可更進一步包括用以測量收集時間的構件。收集時間可為利用熟習此技藝者所知之技術測得。在收集時間被測量的一些實施例中，收集時間亦可被傳達給控制器且亦可被控制器用來判斷是否要調整通過拉絲坩堝或拉絲坩堝區段之電流。
在經紗重量被測量之一些實施例中，被秤重之經紗的長度亦可被測量。重量量測值搭配長度量測值可與拉絲坩堝之溫度有關，因為在拉絲坩堝溫度較高的情況，具有一特定長度之經紗樣本的重量會較大(通過拉絲坩堝之玻璃生產量較大)。因此在一些實施例中，用以測量經紗重量的構件可更進一步包括用以測量被秤重經紗之長度的構件。亦測量經紗長度之上列裝置的實例包含Skein捲軸。在一些實施例中，經紗長度亦可被傳達給控制器且亦可被控制器用來判斷是否要調整通過拉絲坩堝或拉絲坩堝區段之電流。
如前所述，有多種裝置可被用來測量依據本發明之實施例的經紗大小。一或多種大小特性(譬如直徑、重量、長度、測量/收集時間)可在本發明各實施例中被測量。在一些實施例中，有一個大小特性可被測量，而在其他實施例中，二或更多大小特性可被測量。在選擇要測量之大小特性數量時有幾種因子可能相當重要，此等因子非侷限性包含測量設備的成本、分析所得資料所需要之電腦及其他電子資源、收集量測資料所需要的勞力、擁有與多種大小特性相關之資料對於建立經紗大小與拉絲坩堝或拉絲坩堝區段之溫度的關聯性當中的有用程度、及其他。
在一些實施例中，測量經紗大小可包括測量一經紗之大小多次以收集複數個資料。資料之收集可被用來發展出一更具統計學有效性的量測值、認清趨勢、允許經紗大小資料之即時觀測等。在關於一經紗大小特性之複數個資料被收集的一些實施例中，測量裝置可在將資料(或資料之一摘要)傳達給一控制器之前轉譯並操縱這些資料(譬如求資料之平均值)。在其他實施例中，原始資料可在大小特性被測得時被傳達給控制器。一旦控制器接收到資料(或資料摘要)，控制器可在一些實施例中分析資料。控制器可比較實測經紗大小與一期望經紗大小且因應此等經紗大小比較判斷是否要調整通過拉絲坩堝區段之電流的量。
在各個非限制性實施例中，控制器可為一比例控制器、一積分控制器、一微分控制器、一比例－積分－微分(PID)控制器、或其他類型的控制器。在一些實施例中，可開發一用於控制器之演算法藉以判斷是否要調整提供給一拉絲坩堝區段之電流的量。在一些非限制性實施例中，控制器可包括一編有該演算法之程式的可程式邏輯控制器。在其他非限制性實施例中，控制器可包括一與編有該演算法之程式之一可程式邏輯控制器聯絡的電腦系統。
此演算法可為用以分析實測經紗大小並判斷是否要調整提供給一拉絲坩堝區段之電流量的多樣演算法。熟習此技藝者可開發一演算法藉以建立實測經紗大小與拉絲坩堝區段溫度之關聯並判斷是否要調整提供給一拉絲坩堝區段之電流。演算法中使用之參數和常數通常是所用製程、產製之產品及製程所在處所特有的。可針對在一特定製造場所製造之每一產品開發一不同的演算法。在開發一演算法當中可能相當重要的因子非侷限性包含產製之產品、產品之典型斷裂水準、拉絲坩堝大小、拉絲坩堝中之噴口的數量、單絲直徑、產品之單位重量碼長、欲從拉絲坩堝繞成之包裝的數量、客戶要求(譬如產品一致性要求)、被測量之大小參數、欲在製造過程中進行之測量數量、及其他。
演算法可被以程式編寫在一控制器、一電腦(譬如圖5所示電腦200)或伺服器上。當編有此演算法之程式時，電腦系統在一些非限制性實施例中可以反饋及流程變化性為基礎當作一PID控制系統使用。該控制系統亦可比較希望設定值與反饋值並據以調整。
如前所述，可開發多種演算法以供用於本發明各實施例中。在測量不同大小特性時可能需要不同的演算法。熟習此技藝者可開發多種演算法藉以在各種製程和系統中建立實測大小特性與提供給一拉絲坩堝或是從一拉絲坩堝分流之電流量的關聯。
可被本發明之實施例展現的期望特徵非侷限性可包含一玻璃纖維成形拉絲坩堝的提供；用以控制具有多個區段之一拉絲坩堝之溫度的方法與系統的提供；可改善一拉絲坩堝之噴口板處之溫度一致性的方法與系統的提供；可改善一熔融可纖維化材料在一拉絲坩堝之噴口板處之流速一致性的方法與系統的提供；可改善從一拉絲坩堝生產之纖維之直徑一致性的方法與系統的提供；可減少纖維在拉細期間斷裂之量的方法與系統的提供；可改善一玻璃纖維製程之效率的方法與系統的提供；改善玻璃纖維產品之一致性的方法與系統的提供；及/或其他。
以上已說明實現本發明各目標之本發明各實施例。應理解到這些實施例僅為本發明之原則的範例說明。熟習此技藝者會輕易理解到不脫離本發明之精神及範圍的多種修改及適應變化。
10．．．纖維成形設備
12．．．玻璃纖維
14．．．熔爐或前爐
16．．．熔融可纖維化材料或玻璃
18．．．拉絲坩堝
19．．．電導線
20．．．電能源
22．．．導體
24．．．噴嘴或孔口
26．．．噴口板
27．．．噴口板之外周
28．．．絡紗機
30．．．塗佈機
32．．．導件
34．．．可旋轉筒夾
36．．．成形包裝
37．．．貯器
38．．．孔口區
40．．．中央區
42．．．周圍區
44．．．側壁
46．．．端壁
54．．．壁下部部分
56．．．壁下部部分
58．．．壁上部部分
60．．．壁上部部分
100．．．拉絲坩堝
102．．．端壁
104．．．端壁
106．．．側壁
108．．．側壁
110．．．噴口板
112．．．端子
114．．．端子
116．．．端子
118．．．端子
120．．．端子
150．．．電源組
155．．．主電源
160．．．變壓器
162．．．輸入線
165．．．輸入線
167．．．電導線
170．．．電導線
172．．．電線
175．．．電線
180．．．拉絲坩堝
185．．．可調整電流通行裝置
187．．．電線
190．．．電線
192a．．．電線
192b．．．電線
195a．．．電線
195b．．．電線
197a．．．電線
197b．．．電線
200．．．控制器
202．．．電線
204．．．電線
205．．．可程式邏輯控制器(PLC)
207．．．電線
209．．．電線
210．．．測量裝置
212．．．電線
213．．．電線
215．．．通訊可程式邏輯控制器(COMM PLC)
圖1是一纖維成形設備之一非限制性實例的示意圖。
圖2是一拉絲坩堝之一非限制性實例的正立面圖。
圖3是一圖2拉絲坩堝沿圖2之線3－3取得的端視圖。
圖4是一拉絲坩堝之一非限制性實施例的仰視示意圖(孔口未示)，其例示拉絲坩堝與端子的連接。
圖5是一多區段拉絲坩堝及用以控制拉絲坩堝溫度之系統之一實例的方塊圖。
150．．．電源組
155．．．主電源
160．．．變壓器
162．．．輸入線
165．．．輸入線
167．．．電導線
170．．．電導線
172．．．電線
175．．．電線
180．．．拉絲坩堝
185．．．可調整電流通行裝置
187．．．電線
190．．．電線
192a．．．電線
192b．．．電線
195a電．．．線
195b．．．電線
197a．．．電線
197b．．．電線
200．．．控制器
202．．．電線
204．．．電線
205．．．可程式邏輯控制器(PLC)
207．．．電線
209．．．電線
210．．．測量裝置
212．．．電線
213．．．電線
215．．．通訊可程式邏輯控制器(COMM PLC)

Claims (37)

  1. 一種控制具有多區段之一拉絲坩堝之溫度的方法，其包括：從一拉絲坩堝形成複數個單絲，其中該拉絲坩堝包括至少二區段及四或更多之端子，其中該端子中之至少之一耦接於一第一側壁，該端子中之至少之一耦接於一第二側壁，該端子中之至少之一耦接於第一端壁，該端子中之至少之一耦接於第二端壁；將該等單絲聚集成至少二經紗(ends)；測量該等至少二經紗每一者的大小；比較該等至少二經紗之實測大小與一期望經紗大小；及因應該等經紗大小比較而調整通過該等至少二拉絲坩堝區段之電流的量。
  2. 如請求項1之方法，其中每一經紗係從一獨立拉絲坩堝區段形成。
  3. 如請求項1或2之方法，其中測量該等至少二經紗每一者之大小的步驟包括測量每一經紗之直徑。
  4. 如請求項3之方法，其中比較該等至少二經紗之實測大小與一期望經紗大小的步驟包括比較每一經紗之直徑與一期望經紗直徑。
  5. 如請求項4之方法，其中調整電流量的步驟包括當從一拉絲坩堝區段形成之經紗之直徑小於該期望經紗直徑時加大通過該拉絲坩堝區段之電流的量。
  6. 如請求項5之方法，其中加大通過一拉絲坩堝區段之電 流量的步驟包括將電流注入一緊鄰該拉絲坩堝區段的端子中。
  7. 如請求項4之方法，其中調整電流量的步驟包括當從該拉絲坩堝區段形成之經紗之直徑小於該期望經紗直徑時使較少電流圍繞該拉絲坩堝區段分流。
  8. 如請求項7之方法，其中使較少電流圍繞該拉絲坩堝區段分流的步驟包括減少在一緊鄰該拉絲坩堝區段之端子處從該拉絲坩堝移除的電流。
  9. 如請求項4之方法，其中調整電流量的步驟包括當從該拉絲坩堝區段形成之經紗之直徑大於該期望經紗直徑時使電流圍繞該拉絲坩堝區段分流。
  10. 如請求項1或2之方法，其更包括將每一經紗纏繞成一獨立包裝。
  11. 如請求項10之方法，其中測量該等至少二經紗每一者之大小的步驟包括量秤每一包裝之重量。
  12. 如請求項11之方法，其中比較該等至少二經紗之實測大小與一期望經紗大小的步驟包括比較每一包裝之重量與一期望包裝重量。
  13. 如請求項12之方法，其中調整電流量的步驟包括當從一拉絲坩堝區段形成之包裝之重量小於該期望包裝重量時加大通過該拉絲坩堝區段之電流的量。
  14. 如請求項13之方法，其中加大通過一拉絲坩堝區段之電流量的步驟包括將電流注入一緊鄰該拉絲坩堝區段的端子中。
  15. 如請求項12之方法，其中調整電流量的步驟包括當從該拉絲坩堝區段形成之包裝之重量小於該期望包裝重量時使較少電流圍繞該拉絲坩堝區段分流。
  16. 如請求項15之方法，其中使較少電流圍繞該拉絲坩堝區段分流的步驟包括減少在一緊鄰該拉絲坩堝區段之端子處從該拉絲坩堝移除的電流。
  17. 如請求項12之方法，其中調整電流量的步驟包括當從該拉絲坩堝區段形成之包裝之重量大於該期望包裝重量時使電流圍繞該拉絲坩堝區段分流。
  18. 如請求項10之方法，其中測量該等至少二經紗每一者之大小的步驟包括測量每一包裝之直徑。
  19. 如請求項18之方法，其中比較該等至少二經紗之實測大小與一期望經紗大小的步驟包括比較每一包裝之直徑與一期望包裝直徑。
  20. 如請求項19之方法，其中調整電流量的步驟包括當從一拉絲坩堝區段形成之包裝之直徑小於該期望包裝直徑時加大通過該拉絲坩堝區段之電流的量。
  21. 如請求項20之方法，其中加大通過一拉絲坩堝區段之電流量的步驟包括將電流注入一緊鄰該拉絲坩堝區段的端子中。
  22. 如請求項19之方法，其中調整電流量的步驟包括當從該拉絲坩堝區段形成之包裝之直徑小於該期望包裝直徑時使較少電流圍繞該拉絲坩堝區段分流。
  23. 如請求項22之方法，其中使較少電流圍繞該拉絲坩堝區 段分流的步驟包括減少在一緊鄰該拉絲坩堝區段之端子處從該拉絲坩堝移除的電流。
  24. 如請求項19之方法，其中調整電流量的步驟包括當從該拉絲坩堝區段形成之包裝之直徑大於該期望包裝直徑時使電流圍繞該拉絲坩堝區段分流。
  25. 一種用以控制具有多區段之一玻璃纖維成形拉絲坩堝之溫度的系統，其包括：(a)一玻璃纖維成形拉絲坩堝，其包括：一噴口板，其包括適於讓玻璃通過以形成單絲的孔口；從該噴口板之外周往上延伸的二個相對側壁；及從該噴口板之外周往上延伸並連接於該等二側壁藉以形成一用於熔融玻璃之貯器的二個相對端壁；(b)一耦接於第一端壁上一端子且耦接於第二端壁上一端子的電流源；(c)用以調節通過每一拉絲坩堝區段之電流的構件，該調節構件耦接於該第一端壁上一端子及該第二端壁上一端子；(d)用以測量從該拉絲坩堝形成之玻璃纖維之大小的構件；及(e)一與該測量構件及該調節構件聯絡的控制器。
  26. 如請求項25之系統，其中該調節構件耦接於該第一端壁上該端子且耦接於該第二端壁上該端子。
  27. 如請求項25或26之系統，其中該調節構件包括一可調整 電流通行裝置。
  28. 如請求項25或26之系統，其中該測量構件包括用以量秤從該拉絲坩堝形成之玻璃纖維之重量的構件。
  29. 如請求項25或26之系統，其中該測量構件包括用以測量從該拉絲坩堝形成之至少一玻璃纖維經紗之直徑的構件。
  30. 如請求項25或26之系統，其中該測量構件包括用以測量每一包裝之直徑的構件。
  31. 如請求項25或26之系統，其中從該拉絲坩堝形成之玻璃纖維包括至少二玻璃纖維包裝，且其中該測量構件包括用以測量該等至少二玻璃纖維包裝之直徑的構件。
  32. 一種玻璃纖維成形拉絲坩堝，其包括：一噴口板，其包括適於讓玻璃通過以形成單絲的孔口；從該噴口板之外周往上延伸的二個相對側壁；從該噴口板之外周往上延伸並連接於該等二側壁藉以形成一用於熔融玻璃之貯器的二個相對端壁；一耦接於一第一側壁的端子；一耦接於一第二側壁的端子；一耦接於一第一端壁的端子；及一耦接於一第二端壁的端子。
  33. 如請求項32之玻璃纖維成形拉絲坩堝，其更包括一耦接於該第一側壁的第二端子。
  34. 如請求項33之玻璃纖維成形拉絲坩堝，其更包括一耦接 於該第一側壁的第三端子。
  35. 如請求項32至34中任一項之玻璃纖維成形拉絲坩堝，其更包括一耦接於該第二側壁的第二端子。
  36. 一種控制具有多區段之一拉絲坩堝之溫度的方法，其包括：從一拉絲坩堝形成複數個單絲，其中該拉絲坩堝包括一電源、至少二區段、二或更多之端子、及與二個相對端壁垂直之二個相對側壁，其中該側壁之長度大於該端壁之長度，且其中該端子中之至少之二耦接於位於離該電源最遠之該側壁；將該等單絲聚集成至少二經紗(ends)；測量該等至少二經紗每一者的大小；比較該等至少二經紗之實測大小與一期望經紗大小；及因應該等經紗大小比較而調整通過該等至少二拉絲坩堝區段之電流的量。
  37. 一種控制具有多區段之一拉絲坩堝之溫度的方法，其包括：從一拉絲坩堝形成複數個單絲，其中該拉絲坩堝包括至少二區段、三或更多之端子、及與二個相對端壁垂直之二個相對側壁，其中該側壁之長度大於該端壁之長度，且其中該端子中之至少之一耦接於一第一側壁且至少二端子耦接於一第二側壁；將該等單絲聚集成至少二經紗(ends)；測量該等至少二經紗每一者的大小； 比較該等至少二經紗之實測大小與一期望經紗大小；及因應該等經紗大小比較而調整通過該等至少二拉絲坩堝區段之電流的量。
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